(57)【要約】【課題】アクチュエータと組み合わせた半自動の膜利用圧縮成形処理のためのシステム、および、それを用いた方法を提供する。【解決手段】このシステムは、繊維強化材（１）が載置される、取り外し可能な成形部材を有する下型（２）と、取り外し可能な１以上のアクチュエータ（７）であって、各アクチュエータの端には局所成形部材が別々に設けられ、形状が、製造対象の前記複合材料の局所領域で局所圧力を加えるのに適しているアクチュエータ（７）を含む上型（３）と、前記上型（３）と密封接続される、前記成形部材と前記局所成形部材との間に配置されたフレキシブル膜（４）であって、加圧装置が当該フレキシブル膜（４）を介して全体圧力を前記繊維強化材（１）に加えることができるフレキシブル膜（４）と、硬化性材料を前記繊維強化材（１）に入れる注入部とを備える。
2019529194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料を製造するシステムであって、
繊維強化材が載置される、取り外し可能な成形部材を有する下型と、
取り外し可能な１以上のアクチュエータであって、各アクチュエータの端には局所成形部材が別々に設けられ、形状が、製造対象の前記複合材料の局所領域で局所圧力を加えるのに適しているアクチュエータを含む上型と、
前記上型と密封接続される、前記成形部材と前記局所成形部材との間に配置されたフレキシブル膜であって、当該フレキシブル膜を介して加圧装置により全体圧力を前記繊維強化材に加えることができるフレキシブル膜と、
硬化性材料を前記繊維強化材に入れる注入部とを備える、
システム。
【請求項２】
さらに、閉圧力を制御するプレス機を備える
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
さらに、前記下型に接続された真空部を備える
請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記加圧装置は、流体を用いて前記圧力を加える
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記プレス機および前記アクチュエータは、油圧システムによって制御される
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステムを用いて複合材料を製造する方法であって、
１）繊維強化材を前記下型の成形部材に設けて、フレキシブル膜が前記繊維強化材に付着するように前記上型および前記下型を閉じ、
２）１以上のアクチュエータで前記繊維強化材の前記局所領域に圧力を加え、
３）硬化性材料を前記繊維強化材に注入し、
４）注入後、１以上のアクチュエータで前記繊維強化材の前記局所領域に過度な圧力を加え、
５）前記硬化性材料を硬化させて、製造した複合材料を得る
方法。
【請求項７】
さらに、硬化性材料を注入する前に、前記繊維強化材を真空にして１以上のアクチュエータで前記繊維強化材の前記局所領域に圧力を加える
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップ４）において、さらに、全体圧力が前記繊維強化材にかかるように、流体を用いて前記フレキシブル膜に圧力を加える
請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記硬化性材料を硬化するステップは、前記下型および／または前記上型内にある温度制御システムの制御下で行われる
請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記硬化性材料は、樹脂である
請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アクチュエータと組み合わせた半自動の膜利用圧縮成形処理のためのシステム、および、それを用いた方法を提供する。
【０００２】
本願は、２０１６年９月２０日に出願された、「半自動の膜利用圧縮成形処理」という発明の名称の中国特許出願第２０１６１０８３５３５９．Ｘ号明細書の優先権を主張しており、その内容は参照することにより全て援用される。
【背景技術】
【０００３】
高分子系繊維強化複合材料は、低比重、高比強度、かつ、高比弾性率なため、自動車、航空宇宙産業、運動器具、生物医学、および、他の分野において適用範囲が広い。複合材料の製造技術は、完成品に求められる形、サイズ、および、特性によって様々である。完成品の構造強度および不規則な形を考慮すると、成形処理は、主に、真空バッグ成形、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）などである。複合材料は、高繊維体積含有率だけでなく、優れた物理的および機械的特性も有することが望ましい。
【０００４】
真空バッグ成形では、ポリマーバッグ内を真空にして、その内にシールされた強化材を圧縮するように外部気圧を作用させることによって樹脂を強化材に含浸させることができる。ＲＴＭでは、高分子膜の代わりにモールドを用いる。繊維強化材をモールドのキャビティ内に載置し、圧力によって樹脂をモールドのキャビティ内に注入してガラス繊維強化材に含浸させ、硬化後に型から取り外す。
【０００５】
繊維強化材に加える圧力は、複合材料製造にとって重要である。一方、繊維強化材をモールドに密着させてもよい。他方、繊維材料は圧縮させることができ、複合材料におけるその体積含有率を増やしてもよい。先行技術では、繊維強化材の製造中、一定の圧力が真空バッグまたは硬いモールドの各部に加えられる。しかしながら、形状が複雑なものの場合、角に位置する、または、特殊形状を有する繊維強化材は、平坦領域で要求される圧力よりも大きな圧力が必要である。したがって、繊維強化材のその他の領域には過度に大きな圧力がかかり、その結果、エネルギー消費は増加して、製造物質が不安定な原因となる。
【発明の概要】
【０００６】
セグメントモールドを特定の局所領域に合うように設計すれば、繊維強化材の領域ごとに意図的に異なる圧力を加えることができ、その結果、高圧力が必要な領域には高圧力を、他の部分には従来の圧力を加えることができる。このように、システムを簡素化して、エネルギー消費および補助材料費を削減し、複合材料の製造をより柔軟なものにしてもよい。このような目的を実現するためには、確実に硬化性材料を繊維強化材に十分充填および含浸させながら、製造中に複合材料の異なる領域に加えられる圧力およびそれに対応する値を柔軟に調整できることが必要である。
【０００７】
したがって、第１の態様では、複合材料を製造するシステムであって、繊維強化材が載置される、取り外し可能な成形部材を有する下型と、取り外し可能な１以上のアクチュエータであって、各アクチュエータの端には局所成形部材が別々に設けられ、形状が、製造対象の前記複合材料の局所領域で局所圧力を加えるのに適しているアクチュエータを含む上型と、前記上型と密封接続される、前記成形部材と前記局所成形部材との間に配置されたフレキシブル膜であって、当該フレキシブル膜を介して加圧装置により全体圧力を前記繊維強化材に加えることができるフレキシブル膜と、硬化性材料を前記繊維強化材に入れる注入部とを備えるシステムを提供する。
【０００８】
本発明に係る実施の形態において、本発明に係るシステムは、さらに、閉圧力を制御するプレス機を備える。本発明に係る別の実施の形態において、本発明に係るシステムは、さらに、前記下型に接続された真空部を備える。本発明に係る別の実施の形態において、本発明に係るシステムの前記加圧装置は、流体を用いて前記圧力を加える。本発明に係る別の実施の形態において、本発明に係るシステムの前記プレス機および前記アクチュエータは、油圧システムによって制御される。
【０００９】
第２の態様では、本発明に係るシステムを用いて複合材料を製造する方法であって、１）繊維強化材を前記下型の成形部材に設けて、フレキシブル膜が前記繊維強化材に付着するように前記上型および前記下型を閉じ、２）１以上のアクチュエータで前記繊維強化材の前記局所領域に圧力を加え、３）硬化性材料を前記繊維強化材に注入し、４）注入後、１以上のアクチュエータで前記繊維強化材の前記局所領域に過度な圧力を加え、５）前記硬化性材料を硬化させて、製造した複合材料を得る方法を提供する。
【００１０】
本発明に係る実施の形態において、本発明に係る方法は、さらに、ステップ３）の前、かつ、任意選択でステップ２）の後に、前記繊維強化材を真空にし、任意選択で、１以上のアクチュエータで前記繊維強化材の前記局所領域に圧力を加える。本発明に係る好適な実施の形態において、全体圧力が前記繊維強化材にかかるように、ステップ４）において流体を用いて前記フレキシブル膜に圧力を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る複合材料製造方法の好適な実施の形態を示すフロー図である。
【図２】本発明に係るモールドの開状態を示す概略図である。
【図３】本発明に係るモールドの閉状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をさらに詳細に説明するが、言い回しは説明のためであって限定するためのものではない。
【００１３】
特に定義されない限り、ここで用いられる技術的および科学的用語は、当業者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。何らかの矛盾があれば、本願に記載した定義が優先される。量、濃度、または、他の値もしくはパラメータが、範囲、好適な範囲、または、好適な上限値および好適な下限値の形式で表される場合、その範囲が具体的に開示されているかどうかに関係なく、任意の範囲上限値または好適値と任意の範囲下限値または好適値とを組み合わせることによって形成されるような範囲を具体的に開示していることに等しいと理解されよう。特に示されない限り、ここに挙げられた数値範囲は、その範囲内に、範囲の端の点ならびに全ての整数および分数（小数）を含む。
【００１４】
変数と組み合わせて用いられる場合の「約」「およそ」という用語は、通常、変数の値および変数の全ての値が、実験誤差内（例えば、平均値に対して９５％信頼区間内）、または、規定値の±１０％以上の範囲内であることを意味する。
【００１５】
「備える」という表現、または、その同義語の「含有する」「含む」「有する」などはオープンエンドな表現であり、記載していない他の構成要素、ステップ、または、成分を排除することはない。「からなる」という表現は、記載していない構成要素、ステップ、または、成分を排除する。「実質的に〜からなる」という表現は、請求項に記載した主題の基本的で新規性を有する特徴に実質的に影響を与えない任意選択的な構成要素、ステップ、または、成分と共に、任意範囲内の特定構成要素、ステップ、または、成分のことを指す。「備える」という表現は、「実質的に〜からなる」および「からなる」という表現を含むことが理解されよう。
【００１６】
本発明に係る「硬化性材料」という用語は、ある条件下、任意選択として、例えば脂肪族アミン、芳香族アミンなどの硬化剤の存在下で硬化される材料のことを指している。硬化反応を引き起こす条件は、当該技術分野においてよく知られており、可視光硬化、ＵＶ硬化、熱硬化などの熱硬化が好ましいが、これらに限定されるものではない。好適な実施の形態において、硬化性材料は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フラン樹脂などの樹脂であるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
本発明に係る「繊維強化材」という用語は、複合材料の骨格材として機能可能な繊維材料のことを指しており、例えば、１以上のシート材（層）で構成されてもよい。圧力を加えることにより、繊維強化材は、モールドに合わせられ、所望の形に加工されてもよい。繊維強化材の例として、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維などが含まれるが、これらに限定されるものではない。繊維強化材の他の例は、織布、織り繊維強化材、または、一方向繊維強化材である。本発明に係るシステムおよび方法で処理できる材料は、プリプレグでもよい。
【００１８】
本発明に係る「フレキシブル膜」という用語は、動作条件下で加えられる圧力および温度に耐え得る一定の強靭性、弾性、強度、および、熱安定性を有する膜のことを指している。
【００１９】
本発明に係る「流体」という用語は、気体、または、液体でもよい。気体として、空気、ＣＯ２、Ｈｅ、窒素、および、それらの混合物などが含まれるが、これらに限定されるものではない。液体として、石油系油圧油などが含まれるが、これに限定されるものではない。本発明で用いられる流体は、圧縮性のものでもよく、例えば、圧縮空気を用いてもよい。
【００２０】
（本発明に係るシステム）
図２および図３に示す好適な実施の形態において、下型２は、形状および構成が製造対象の複合材料に適した、取り外し可能な成形部材を有してもよい。上型３は、フレキシブル膜４と接続され、フレキシブル膜を支持する。このフレキシブル膜には、流体を用いて圧力を加えてもよい。別の実施の形態において、上型および／または下型は、加熱装置および／または冷却装置を有してもよい。つまり、システム温度、硬化温度、および、モールドからの複合材料の取り外しを制御するように、温度制御システム１１が設けられてもよい。具体的な実施の形態において、様々な形状を有する様々な部材を製造するように、下型および／またはそれに設けられた成形部材を変更してもよい。特殊形状の部材の場合は、下型が、１以上のアクチュエータ７を備えてもよい。本発明に係るシステムにおいて、上型および下型を閉じたとき、フレキシブル膜４が繊維強化材１に付着することによって、繊維強化材をモールドに合わせてもよい。
【００２１】
別の実施の形態において、システムは、プレス機５を備えてもよい。上型および下型の開閉状態は、プレス機によって制御されてもよい。プレス機の閉圧力は、約１００Ｔｎ／ｍ２（約９．８バール）以上、例えば、１００〜２００、１００〜３００Ｔｎ／ｍ２などでもよいが、これらに限定されるものではない。また、プレス機は、膜に発生した圧力とアクチュエータが生成した圧力とをサポートするように十分な圧力を加えてもよい。好適な実施の形態において、プレス機およびアクチュエータは、油圧システムによって制御されてもよい。
【００２２】
フレキシブル膜が存在するため、システムは、繊維強化材を真空にするように下型に接続された真空部を備えてもよく、中の空気を抜くことができる。それと同時に、確実に硬化性材料を強化材に十分充填および含浸させてもよい。真空にすると、フレキシブル膜が強化材にしっかりと付着するため、強化材には一定の圧力がかかる。これによって、例えば、容易に強化材を成形部材にさらに付着させてもよく、材料の成形に有益である。真空部の数は特に制限がない。必要であれば、真空部の数を増やしてもよい。つまり、１以上の真空部を用いてもよい。真空にしない場合、真空部は、排気口として機能してもよい。
【００２３】
本発明のシステムにおいて、加圧装置が上型とフレキシブル膜との間に設置されてもよい。したがって、流体注入口９を介して流体をフレキシブル膜にあてがってもよく、それにより、さらに、十分な均一圧力を処理対象の材料に加えてもよい。
【００２４】
好適には、流体によってかかる圧力は、繊維強化材を真空にするときに利用してもよく、それにより、容易にフレキシブル膜を繊維強化材に密着させることができ、空気排除に一層貢献して成形に役立つ。しかしながら、この圧力値は、硬化性材料の注入を妨げるものではない。
【００２５】
また、好適には、流体によってかかる圧力は、確実に硬化性材料を繊維強化材に十分充填および含浸させるために、硬化性材料の注入後に利用してもよい。それにより、複合材料の形状が保証される。また、このように加えられる圧力によって、処理対象の材料を成形してもよい。
【００２６】
流体は、硬化性材料の硬化の間、熱交換する可能性があるため、硬化温度をよりよく制御してもよい。適切な流体タイプを、様々な硬化反応の発熱挙動に応じて選択してもよい。流体が複合材料に加える全体圧力、および／または、アクチュエータが複合材料に加える局所圧力によって、複合材料の高質かつ高精度な成形を確かなものにすることができる。
【００２７】
本発明に係る別の実施の形態において、硬化性材料、下型、取り外し可能な成形部材、および／または、フレキシブル膜は、製造した複合材料を容易にシステムから取り外せるように、離型剤を（例えば、表面に）含んでもよい。離型剤の例として、高粘性ポリシロキサン、界面活性剤などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
本発明に係る実施の形態において、フレキシブル膜は、動作条件下で加えられる圧力および温度に耐え得る一定の強靭性、弾性、強度、および、熱安定性を有する膜であることが好ましい。好適な実施の形態において、フレキシブル膜は、例えば、ナイロン膜、ポリイミド膜、ポリプロピレン膜、ポリテトラフルオロエチレン膜などの高分子膜であってもよいが、これらに限定されるものではない。フレキシブル膜は、持続的な硬化温度、動作圧力、または、その変化の下でその優良な特性を維持する。フレキシブル膜は、流体および流動性の硬化性材料がフレキシブル膜に浸透しないように優れた透過抵抗を有するべきである。硬化後、容易に膜を複合材料から完全剥離できるように、フレキシブル膜と硬化性材料との間に強い相互作用がほとんどないか、または、ないことが好ましい。剥離は、例えば、離型剤が存在することによって実現してもよい。フレキシブル膜の厚みは、通常、約０．１〜５ｍｍであり、例えば、約１、２、３、４ｍｍなどの約０．５〜４ｍｍである。本発明に係る実施の形態において、フレキシブル膜を再利用してもよい。それにより、特に、持続的なバッチ処理の間、材料と時間とを節約してもよい。フレキシブル膜は、上型に密封接続されることが好ましい。さらに、フレキシブル膜は、加圧装置を介して、繊維強化材に圧力を加えることが好ましい。従来から、プレス機系技術では、製品の質を確保するために高度な平行制御が必要である。フレキシブル膜にかかる全体圧力によって、平行制御の精度の要求は比較的低い。
【００２９】
本発明に係るシステムにおいて、１以上の取り外し可能なアクチュエータが、上型とフレキシブル膜との間に配置される。これらのアクチュエータは、独立して動作できる。１以上のアクチュエータを用いることにより、必要に応じて、処理対象の材料の局所領域に異なる圧力を加えることができる。特に、角や特殊形状などいくつかの特定領域に対してフレキシブルな処理が可能になる。各アクチュエータが加える圧力は、同じであっても異なっていてもよいことは言うまでもない。圧力を分散させることにより、材料特性およびモールドへの適合性を向上させ、システムを簡素化し、エネルギーを節約し、かつ、システムが実際の要求にさらに合うように、必要に応じて、繊維強化材の異なる部分にそれぞれ別々に圧力を加えることができる。また、アクチュエータの数、および、アクチュエータの端における局所成形部材の形状は特に限定されないと理解されよう。これらは両方とも、様々な部材の製造に適合し、かつ、補助材料費を削減するように、実際の要求に応じて調整され得る。例えば、成形部材の形状およびサイズは、製造対象の複合材料のサイズおよび厚みに適するように算出および設計されてもよい。
【００３０】
好適な実施の形態において、積層改良など、硬化性材料を繊維強化材に含浸させる際、および／または、真空にする際に、アクチュエータが加える局所圧力によって容易に繊維強化材から十分空気を抜くことができる。
【００３１】
また、圧力を分散することにより、フレキシブルで高精度な圧力を特殊形状領域または角に加えて、繊維強化材の表面全体に一定圧力がかからないようにしてもよい。このように、比較的小さな全体圧力によって、高度な物理的および機械的特性を有する複合材料を得ることができる。
【００３２】
別の実施の形態では、処理対象の形状に応じて、硬化性材料をより効果的に注入するために１以上の硬化性材料注入口８を用いることができる。
【００３３】
アクチュエータの数および圧力と注入条件とを調整することにより、本発明に係るシステムは、例えば、織布、織り繊維強化材、または、一方向繊維強化材などの様々な形状および織り方の強化材を処理できるように、硬化性材料を繊維に十分含浸させることが実現できる。また、プリプレグを処理してもよい。例えば、プリプレグを処理する間、システムを閉じ、フレキシブル膜の片側または両側から真空にして、任意選択として、圧力がプリプレグにかからない条件下でプリプレグから空気を抜く。その後、真空を維持してもよい。フレキシブル膜の表面に空気圧または流体圧力がかかり、それによって、容易にプリプレグ積層体を十分圧縮することができる。例えば、小さな角の積層特性を向上させるアクチュエータによって処理を向上させることができる。
【００３４】
本発明のシステムでは、システム温度、硬化温度、および、モールドからの複合材料の取り外しを温度制御システム１１によって制御する。例えば、加熱装置を用いてモールドの底を加熱することに加えて、内蔵型加熱装置を設けてもよい。内蔵型加熱装置は、例えば、上型とフレキシブル膜とによって形成されるチャンバ内に設けられてもよいし、上型に組み込まれてもよい。内蔵型加熱装置は、フレキシブル膜を介して繊維強化材または積層体を素早く加熱するための、例えば、赤外線（ＩＲ）ランプでもよい。加熱は、必要であれば実行できる。繊維強化材または積層体の圧縮後にアクチュエータを取り外す可能性がある場合、内蔵型加熱装置を用いた解決策が好ましい。なぜなら、繊維強化材または積層体全面にわたって温度を均一に分布させることができるからである。しかしながら、内蔵型加熱装置は、アクチュエータを取り外さなければ放熱を防ぐ助けにもなり、全ての繊維強化材または積層体が硬化温度に高速で達するのに役立つ。プリプレグに対しては、内蔵型加熱装置が特に好ましい。
【００３５】
高速硬化する硬化性材料の場合を除き、製造サイクルを短くするためには、例えば、製造した材料を取り外す助けとなるように、温度を６０〜８０℃まで下げて冷却する冷却装置を利用することが好ましい。
【００３６】
（本発明に係る方法）
さらに、複合材料を製造する方法を提供する。図１は、本発明に係る複合材料製造方法の好適な実施の形態を示すフロー図である。以下、図２および図３を参照して、製造方法のステップを詳細に説明する。
【００３７】
１）ステップＳ１００：繊維強化材を下型の成形部材に設け、フレキシブル膜が繊維強化材に付着するように上型および下型を閉じる。
【００３８】
フレキシブル膜４は、上型３に固定され、繊維強化材１は、下型２に載置される。フレキシブル膜４が繊維強化材に付着するように、上型３および下型２を閉じる。上型および下型を閉じることは、プレス機５によって制御されてもよい。
【００３９】
モールドの閉圧力は、例えば、９．８バールでもよい。上型および下型の閉速度は、例えば、５〜１０ｍｍ／ｓ、５〜４０ｍｍ／ｓ、１０〜３０ｍｍ／ｓなどの５〜５０ｍｍ／ｓでもよい。
【００４０】
２）ステップＳ１０１：１以上のアクチュエータで繊維強化材の局所領域に圧力を加える。
【００４１】
様々なステップで加えられる圧力を区別するため、この圧力は、第１圧力とする。各アクチュエータの圧力は、同じであっても異なっていてもよいことは言うまでもない。説明のため、１以上のアクチュエータの圧力をまとめて第１圧力とする。方向１０に沿った１以上のアクチュエータ７により、繊維強化材１が下型２に合うように、繊維強化材１の局所領域に第１圧力が加えられる。
【００４２】
第１圧力は、通常、例えば、０．１、０．２、０．５、０．８バールなどの０．１〜１バールでもよい。各アクチュエータの第１圧力は、同じであっても異なっていてもよいことは言うまでもない。アクチュエータの速度は、例えば、５、７、８、１０ｍｍ／ｓなどの５〜１０ｍｍ／ｓでもよい。
【００４３】
任意選択として、ステップＳ１０１の後または同時に、真空にするステップＳ１０５を実行してもよい。真空部の真空吸気口６を介して、下型２とフレキシブル膜４との間に形成される密閉空間を真空にして、繊維強化材１から空気を抜く。
【００４４】
任意選択として、アクチュエータによって圧力を加えるステップＳ１０６を実行する。１以上のアクチュエータ７で繊維強化材１の局所領域に圧力を加える。同様に、この圧力は、第２圧力とする。各アクチュエータの圧力は、同じであっても異なっていてもよいことは言うまでもない。説明のため、１以上のアクチュエータの圧力をまとめて第２圧力とする。
【００４５】
真空は、例えば、約−０．２、約−０．３、約−０．４、約−０．５、約−０．８、約−１．０バールなどの約−０．１〜−１．５バールでもよいが、−０．８バールが好ましい。このような真空は、例えば、約５〜５０ｓ、約２０〜３０ｓなどの約５〜９０ｓといった比較的短期間で空気を抜いてもよいが、１０〜３０ｓが好ましい。必要であれば、真空部の数を増やしてもよい。真空にすること、および／または、第２圧力を加えることにより、フレキシブル膜４を繊維強化材にさらに密着させて、繊維強化材に残っている空気を十分に抜いてもよい。好適には、第２圧力は、第１圧力より大きくてもよい。第２圧力は、例えば、約０．２〜１．２バールなどの約０．１〜２バールでもよい。第１圧力と同様に、各アクチュエータの第２圧力は、同じであっても異なっていてもよい。好適には、真空にする際、流体によりフレキシブル膜４に圧力を加えてもよい。しかしながら、この圧力値は、硬化性材料の注入を妨げるものではない。
【００４６】
３）ステップＳ１０２：硬化性材料を繊維強化材に注入する。
【００４７】
硬化性材料注入口８を介して、硬化性材料を繊維強化材に注入する。好適には、硬化性材料は、例えば、熱硬化性樹脂などの樹脂である。注入時間は、例えば、約２０〜１２０ｓ、約１０〜５０ｓなどの約１０ｓ〜１２０ｓでもよいが、１０〜５０ｓが好ましい。注入用の圧力は、例えば、約０．５〜４バールなどの約０．１〜５バールでもよい。必要であれば、１以上の注入部を用いてもよい。
【００４８】
硬化性材料の注入と同時に、任意選択として、真空で生成されたマイナス圧力を同時に維持する、つまり、真空部の真空吸気口６を閉じないままにしておいて、容易に硬化性材料を注入し繊維強化材に含浸させてもよい。
【００４９】
４）ステップＳ１０３：注入後、１以上のアクチュエータで繊維強化材の局所領域に圧力を加える。
【００５０】
ステップＳ１０２の後、例えば、真空部の真空吸気口６を閉じることによって、（もしあれば）真空を停止する。１以上のアクチュエータ７で繊維強化材１の局所領域に過度な圧力を加える。同様に、この圧力は、第３圧力とする。好適には、第３圧力は、第１圧力および／または第２圧力より大きくてもよい。各アクチュエータの圧力は、同じであっても異なっていてもよいことは言うまでもない。説明のため、１以上のアクチュエータの圧力をまとめて第３圧力とする。第３圧力は、例えば、６バールなどの約１〜８バールでもよいが、約３．９〜５．９バール（約４〜６ｋｇ／ｃｍ２）が好ましい。
【００５１】
好適には、過度な圧力を加える場合、流体を用いてフレキシブル膜に圧力を加えて、繊維強化材に全体圧力をかける。流体注入口９を介して、流体により、例えば、圧縮空気または油圧の形式でフレキシブル膜に圧力を加える。説明および区別のため、この圧力は、第４圧力とする。第４圧力は、例えば、約１、２、３、４、５、６バールなどの約１〜６バールでもよいが、６バールが好ましい。第４圧力は、例えば、第３圧力より大きくてもよい。流体速度は、例えば、約４００、５００、６００、７００、８００、９００Ｌ／ｍｉｎなどの４００〜９００Ｌ／ｍｉｎでもよいが、８００Ｌ／ｍｉｎが好ましい。１サイクルにつきプレス処理は、約３０ｓ以下で行われる。
【００５２】
アクチュエータが加える第３圧力と、任意選択として組み合わせる流体が加える第４圧力とにより、硬化性材料を繊維強化材内に均一に分散させてもよく、その上、余分な硬化性材料を取り除いてもよい。なお、第４圧力は、硬化性材料を注入した後、硬化が完了する前に加えられ、注入後できるだけ短い期間内で完了することが好ましい。例えば、注入後１〜５ｓで完了してもよいが、２ｓが好ましい。注入圧力を比較的小さくして、繊維に十分含浸させてもよい。繊維強化材・樹脂系を圧縮する第４圧力により、余分な硬化性材料を取り除いてもよい。
【００５３】
５）ステップＳ１０４：硬化性材料を硬化させて、製造対象の複合材料を得る。
【００５４】
硬化時間は、例えば、約５、６、７、８、９、１０、１２、１５ｍｉｎなどの約１５ｍｉｎ以下といった約２０ｍｉｎ以下でもよい。硬化は、下型内の温度制御システム１１によって調整してもよく、例えば、加熱によってなされてもよい。硬化温度は、使用される硬化性材料によって異なる。例えば、１９０℃以下、１８０℃以下、１７０℃以下などの約２００℃以下でもよいが、１５０℃以下が好ましい。任意選択として、上型とフレキシブル膜とによって形成されるチャンバ内に配置されたか、または、上型に組み込まれた赤外線（ＩＲ）ランプなどの内蔵型加熱装置によって加熱を促進させ、繊維強化材・樹脂系の温度を均一分布にしてもよい。必要であれば、硬化剤を硬化性材料に加えてもよい。硬化が完了した後、複合材料が得られる。任意選択として、例えば、温度を６０〜８０℃まで下げて冷却する冷却装置を適用して、複合材料を取り外すのに役立てる。便宜上、硬化性材料、下型、取り外し可能な成形部材、および／または、フレキシブル膜は、製造した複合材料をシステムから容易に取り外せるように、離型剤を（例えば、表面に）含んでもよい。
【００５５】
様々なステップで加えられる圧力を区別するために、これらの圧力は、第１圧力〜第４圧力としたが、この順で加えられることも、必ず同じまたは異なる圧力であることも意味しないことが理解されよう。これらの圧力値および加圧期間は、処理対象の複合材料によって異なってもよい。また、第１圧力〜第３圧力は、持続的に加えられてもよいし、一連の手順として加えられてもよいことが理解されよう。圧力をかけている間は、持続的に圧力が加えられるように、アクチュエータを引っ込めてはならない。必要であれば、不連続な圧力を加えるために、アクチュエータを引っ込めるか、または、適宜調整してもよい。例えば、第１圧力、第２圧力、第３圧力がそれぞれ、０．２バール、０．６バール、６バールである場合、アクチュエータを引っ込めずに、必要に応じて圧力を０．２バールから０．６バール、そして６バールまで持続的に増加させる。別の方法として、実際の要求に応じて、アクチュエータを引っ込めるか、または、調整して、これら３圧力の遷移状態を調整してもよい。例えば、０．６バールから６バールへの手順の間、圧力を適宜（０にまでさえ）減少させてから、所望の値まで増加させてもよい。
【００５６】
本発明の方法によれば、樹脂を注入した後、アクチュエータが繊維強化材の特定局所領域に加える圧力と、流体が繊維強化材に加える全体圧力とにより、比較的小さな圧力で、高度な物理的および機械的特性を有する複合材料が得られる。動作システムは簡素化され、補助材料費とエネルギーとが削減する。本発明のシステムおよび方法によれば、製品における繊維体積含有率が増加する。
【００５７】
（変形例）
変形例１
炭素繊維強化材を下型に広げる。ポリテトラフルオロエチレン膜（膜厚２ｍｍ）が炭素繊維強化材に付着するように、上型および下型を閉じる。プレス機の制御下において速度２０ｍｍ／ｓで上型および下型を閉じる。閉圧力は１０バールである。そして、複数のアクチュエータにより、繊維強化材が下型に合うように、炭素繊維強化材の局所領域に０．２バールの圧力が加えられる。アクチュエータが炭素繊維強化材に近づく速度は、８ｍｍ／ｓである。
【００５８】
真空吸気口を介して下型とポリテトラフルオロエチレン膜との間の密閉空間を−０．８バールの真空にして、１５秒間、炭素繊維強化材内の空気を抜く。そして、アクチュエータにより、炭素繊維強化材の局所領域に１．０バールの圧力を加える。
【００５９】
注入口を介して炭素繊維材料にビスフェノールＡエポキシ樹脂を注入する。注入時間は３０ｓ、圧力は４バールである。２つの注入部を用いる。
【００６０】
注入後、真空をやめ、アクチュエータにより、炭素繊維強化材の局所領域に約６バールの圧力を加える。流体注入口を介し、圧縮空気を用いてポリテトラフルオロエチレン膜に２バールの圧力を加える。流体速度は８００Ｌ／ｍｉｎであり、注入後２ｓ行われる。
【００６１】
樹脂は、下型内の加熱器で加熱することによって硬化される。硬化温度は１２０℃、硬化時間は１２ｍｉｎである。硬化後、製造された複合材料を型から取り外す。
【００６２】
得られた複合材料は、優良な機械的特性、しわのない滑らかな外見、および、高い繊維体積含有率を有する。
【００６３】
当業者であれば、本発明において、その主旨および範囲から逸脱することなく様々な改良および変形がなされてもよいことが理解されよう。ここに記載された具体的な実施の形態は、例示としてのみ提供されており、決して限定を意図するものではない。本発明における真の範囲および主旨は、添付の請求項によって示され、明細書および実施の形態は、例示のみと考えられるべきである。
【符号の説明】
【００６４】
１  繊維強化材
２  下型
３  上型
４  フレキシブル膜
５  プレス機
６  真空吸気口
７  アクチュエータ
８  硬化性材料注入口
９  流体注入口
１０  方向
１１  温度制御システム
Ｓ１００〜Ｓ１０６  ステップ
【図１】
2019529194.tif 000003
【図２】
2019529194.tif 000004
【図３】
2019529194.tif 000005
【国際調査報告】
2019529194.tif 000006
2019529194.tif 000007
2019529194.tif 000008
2019529194.tif 000009